DNA-sequencing zet taxonomie van schimmels op zijn kop

Zonder schimmels kun je een klassieke picknick wel vergeten. Geen brood en wijn zonder bakkers- en biergisten (Saccharomyces), geen camembert of blauwe kaas zonder Penicillium-schimmels, en geen aanvulling met heerlijke cantharellen (Cantharellus), porcini (Boletus) en truffels (Tuber). De deken, die nog een beetje schimmelig (Cladosporium) ruikt van de vorige zomer, ligt nu uitgespreid over vlekkerig bruinachtig gras (veroorzaakt door Rhizoctonia-schimmels), onder de schaduw van bomen die nauw verbonden zijn met mycorrhizaschimmels, zoals de vliegenzwam (Amanita muscaria). Op de bomen zitten allerlei verschillende korstmossen (een symbiose tussen schimmels en algen of cyanobacteriën), wat duidt op schone lucht, en af en toe een gaatjeszwam die het hout langzaam verteert.

Ethanol en antibiotica

Maar in het schimmelrijk is niet alles pais en vree. Veel schimmels zijn ziekteverwekkers van planten en dieren (waaronder de mens), zoals de zwarte roest (Puccinia graminis) die graangewassen aantast, of Candida-soorten die candidose bij de mens veroorzaken. Maar schimmels zijn door dezelfde unieke fysiologische en biochemische eigenschappen die ze gespecialiseerd maken in het concurreren met of aanvallen van andere organismen, ook nuttig voor diverse industriële en farmaceutische toepassingen. Denk daarbij aan het maken van levensmiddelen, de productie van antibiotica en de biologische bestrijding van schadelijke organismen.

Pedro Crous, directeur van het Westerdijk Fungal Biodiversity Institute en hoogleraar Evolutionaire fytopathologie aan Wageningen University & Research is een van de co-auteurs van het nieuwe artikel in Nature Microbiology over de uitdagingen van het indelen van de schimmeldiversiteit. Hij vertelt: "Schimmels zijn niet alleen belangrijk bij het rijpen van kaas en het verwerken van andere producten. Ze worden ook op andere manieren op grote schaal commercieel toegepast, waarbij een heleboel verschillende producten worden gemaakt, van ethanol tot antibiotica. Schimmels brengen allerlei secundaire metabolieten of enzymen tot expressie en vormen een rendabele en milieuvriendelijke oplossing voor talrijke industriële toepassingen."

Mogelijk verwarring op korte termijn

Schimmels groeien meestal verborgen in en op veel verschillende substraten en zijn vaak alleen zichtbaar door hun sporenproducerende structuren. Daarom is het onderzoek ernaar sterk afhankelijk van laboratoriumtechnieken, variërend van geavanceerde microscopie tot de nieuwste DNA-sequencingtechnologie. Vooral de komst van de DNA-sequencingtechnologie heeft veel verrassingen opgeleverd. Dit blijkt uit de paper van een internationale groep van deskundigen, onder leiding van de Internationale Commissie voor de taxonomie van schimmels. Schimmelgroepen waarvan we aannamen dat ze goed gedefinieerd waren, zoals de Candida-gisten, blijken talrijke verschillende geslachten en zelfs families te herbergen. Er moeten dus nieuwe wetenschappelijke namen worden toegekend, wat op korte termijn tot verwarring kan leiden. Zo kunnen voor de mens belangrijke schimmels die lange tijd onder een bepaalde naam bekend waren, van naam veranderen. Daar zullen artsen, plantenziektekundigen of boeren, die met die namen vertrouwd zijn, helemaal niet blij mee zijn.

Co-auteur Wieland Meyer, hoogleraar Moleculaire medische mycologie en hoofd van het Molecular Mycology Research Laboratory aan het Center for Infectious Diseases and Microbiology aan de universiteit van Sydney, benoemt de voordelen van schimmelnamen volgens de laatste wetenschappelijke inzichten: "Een precieze en stabiele naam van een ziekteverwekkende schimmel is absoluut noodzakelijk voor een geslaagde behandeling van patiënten. Een goed omschreven en informatieve schimmelnaam geeft een aanwijzing voor ziekteverwekkende eigenschappen en mogelijke resistentie tegen geneesmiddelen. Een tijdige diagnose maakt een weloverwogen en gerichte behandeling mogelijk. Dat leidt tot een betere uitkomst voor de patiënt, een flinke verlaging van de morbiditeit en mortaliteit, en ook van de kosten voor de gezondheidszorg. Ook kunnen er passende maatregelen op het gebied van de volksgezondheid worden genomen om de gevolgen van ziekten voor de samenleving te beperken, en kunnen er quarantainebeperkingen worden ingesteld om de verspreiding van ziekten een halt toe te roepen. Bovendien wordt onnodige blootstelling aan antischimmelmiddelen voorkomen, waardoor het risico op resistentie tegen geneesmiddelen afneemt."

Miljoenen nieuwe schimmels

Anderzijds brengt de nieuwe aanpak van DNA-sequencing in het milieu een groot aantal voorheen onbekende schimmels uit bodem, water, lucht en andere bronnen naar voren, die alleen bekend zijn aan de hand van hun DNA en waarvan geen fysiek specimen of levende cultuur beschikbaar is. Voor de indeling van schimmels zijn echter fysieke specimens nodig die onafhankelijk en herhaaldelijk bestudeerd kunnen worden. Daarom zijn uitsluitend DNA-sequenties niet voldoende om een naam te geven aan misschien wel miljoenen nieuwe schimmels die in deze milieubronnen zijn ontdekt, een veelvoud ten opzichte van het totale aantal schimmels dat momenteel bekend is.

Stabiel naamgevingssysteem

De regels voor de naamgeving van schimmels zijn opgenomen in de International Code of Nomenclature for algae, fungi, and plants (internationale code voor nomenclatuur voor algen, schimmels en planten). De voorganger van deze code zag al meer dan anderhalve eeuw geleden het licht, maar de regels worden om de vier à zes jaar bijgewerkt om gelijke tred te houden met nieuwe wetenschappelijke en technologische ontwikkelingen. Nooit zijn wetenschap en technologie echter zo snel veranderd als in het nieuwe millennium. Milieu-sequencing alleen al heeft evenveel datapunten opgeleverd als er sterren in ons melkwegstelsel zijn, en dit aantal neemt exponentieel toe. Mycologen staan dus niet alleen voor de uitdaging om de enorme schimmeldiversiteit die door deze nieuwe benaderingen aan het licht wordt gebracht snel en correct in te delen, maar ook om een stabiel naamgevingssysteem op te zetten dat nauwkeurige en precieze communicatie mogelijk maakt tussen taxonomische deskundigen en een gevarieerde gebruikersgemeenschap. Om dit te bereiken gaan de auteurs van de nieuwe paper, die wereldwijde expertise op alle gebieden van de mycologie vertegenwoordigen, dieper in op de strategieën om de naamgeving van schimmels aan te passen aan deze nieuwe vereisten. Daarbij zoeken ze naar het juiste evenwicht tussen de behoefte aan namen als doeltreffend communicatiemiddel en de enorme hoeveelheid boeiende nieuwe resultaten die elke dag uit de recentste onderzoeken over de biodiversiteit van schimmels naar voren komen.

Ook David Hawksworth, medeauteur van de huidige versie van de Code of Nomenclature, heeft een bijdrage aan de paper geleverd. Hij licht toe: "Dit is een belangrijke bijdrage om meer aandacht te vragen voor de problemen bij het documenteren van de schimmels overal ter wereld en wat we moeten doen om meer te weten te komen over de ongeveer 85 procent die nog geen naam hebben. Naamgeving is onmisbaar voor de communicatie in wetenschappelijk onderzoek om uit te zoeken wat voor rol ze spelen in essentiële ecosysteemprocessen die relevant zijn voor de klimaatverandering, zoals de wereldwijde koolstofcyclus en de gezondheid van de bossen, en verder voor ons eigen welzijn, onze voedselzekerheid en de ontdekking van eigenschappen waar we mogelijk iets mee kunnen. Voor dit aspect van de fundamentele wetenschap worden nog steeds veel te weinig middelen vrijgemaakt, als je bedenkt hoe belangrijk het is voor ons eigen welzijn en dat van onze planeet. Ik beschouw deze bijdrage - waarin duidelijk wordt wat er al is bereikt en waar momenteel aan wordt gewerkt, welke problemen we nog moeten aanpakken en welke richting we moeten inslaan in de toekomst - als een dringende oproep aan de betrokken financieringsinstanties op alle niveaus om in actie te komen."